Valorização de subprodutos do processamento de tamarindo (Tamarindus indica L.) a partir de métodos de extração a alta pressão aplicados aos conceitos de biorrefinaria

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2022.

O tamarindo (Tamarindus indica L.) é uma fruta muito consumida pelas características sensoriais de sua polpa. Seu subproduto industrial, composto por casca, fibra e semente, é rico em fitoquímicos, embora correspondam à 50-70% do fruto, são pouco explorados. O objetivo deste estudo foi o biorrefino de semente e casca+fibra de tamarindo para a recuperação de frações bioativas. Extração fluido supercrítico (SFE), líquido pressurizado (PLE), água subcrítica (SWE) e assistida por micro-ondas (MAE), foram avaliadas comparativamente aos métodos convencionais de Soxhlet (SOX) e agitação aquosa a quente (CHSE), envolvendo diferentes temperaturas e solventes (CO2, etanol, água e etanol:água 50%). Os extratos foram avaliados em relação ao conteúdo fenólico total (TPC), a capacidade antioxidante (DPPH, ABTS e FRAP) e a caracterização química. A fração lipídica recuperada da semente por SFE (25 MPa e 60 °C), composta por 73 % de UFA (rica em ácidos linoleico e oleico), é uma promissora para aplicação alimentícia. A fração fenólica recuperada da semente em PLE (Etanol/ 60 °C/10 MPa) apresentou alto TPC (305,1 mg GAE·g-1) e capacidade antioxidante, superior à dos outros solventes e ao extrato de SOX-etanol. Em relação a fração fenólica da casca+fibra, o uso de etanol aquoso a 100 °C combinado com PLE forneceu o extrato de maior TPC (201,6 ± 0,8 mg GAE·g-1), e com MAE o extrato de maior capacidade antioxidante (943,1-1918,8 µmol TEAC·g-1), resultados superiores aos de SOX-etanol. Polifenóis, flavonoides e ácidos orgânicos foram identificados na fração fenólica de semente e casca+fibra, com destaque para o ácido cítrico, ácido vanílico, rutina e orientina reportados pela primeira vez em casca de tamarindo. A presença dos antioxidantes nas frações fenólicas sugere o seu uso em formulações cosméticas e alimentícias, atuando no retardo da oxidação desses produtos. A fração polissacarídica da semente com maior conteúdo de carboidratos totais (72,9 g GE·100 g-1 e.s) foi obtida em PLE-água (80 °C e 10 MPa), comparado a extração CHSE-água. A estratégia de biorrefinaria proposta pela primeira vez para fracionar os compostos bioativos da semente, possibilitou a partir da integração dos processos SFE+PLE+CHSE, aumentar o desempenho antioxidante da fração fenólica (421,8 mg GAE·g-1), e obter 19,1% de goma de coloração vermelho esbranquiçada, composta por xiloglucano de alta estabilidade térmica (até 300 °C), polissacarídeo que pode ser usado no revestimento de cápsulas e no desenvolvimento de produtos gelatinosos alimentícios. Nesse estudo, foi demonstrado pela primeira vez que subprodutos subutilizados de tamarindo podem integrar diferentes rotas de biorrefinaria. Os coprodutos de alto (fração bioativa) e baixo valor (biomassa residual) agregado gerados nessas rotas são atraentes para as indústrias alimentícia, química e cosmética.

Abstract: Tamarind (Tamarindus indica L.) is a fruit widely consumed due to the sensory characteristics of its pulp. Its industrial by-product, composed of peel, fiber, and seed, corresponds to 50-70% of the fruit and is rich in phytochemicals, although little explored. The aim of this study was the biorefining of tamarind seed and peel+fiber for the recovery of bioactive fractions. Supercritical fluid extraction (SFE), pressurized liquid extraction (PLE), subcritical water extraction (SWE), and microwave-assisted extraction (MAE) were evaluated compared to the conventional methods of Soxhlet (SOX) and hot aqueous agitation (CHSE), involving different temperatures and solvents (CO2, ethanol, water, and 50% ethanol:water). The extracts were evaluated for total phenolic content (TPC), antioxidant capacity (DPPH, ABTS, and FRAP), and chemical characterization. The lipid fraction recovered from the seed by SFE (25 MPa and 60 °C), composed of 73% UFA (rich in linoleic and oleic acids) is an attractive nutritional source for food application. The phenolic fraction of the seed obtained in PLE (Ethanol/ 60 °C/10 MPa) showed high TPC (305.1 mg GAE·g-1) and antioxidant capacity, superior to that of other solvents and SOX-ethanol extract. In the recovery of the phenolic fraction of the peel+fiber, the use of aqueous ethanol at 100 °C combined with PLE provided the extract with the highest TPC (201.6 ± 0.8 mg GAE·g-1), and with MAE, recovered the extract of higher antioxidant capacity (943.1-1918.8 µmol TEAC·g-1), results superior to those of SOX-ethanol. Polyphenols, flavonoids, and organic acids were identified in the phenolic fraction of seed and peel+fiber, with emphasis on citric acid, vanillic acid, rutin, and orientin reported for the first time in tamarind peel. The presence of these antioxidants in the phenolic fractions suggests their use in cosmetic and food formulations, acting in the delay the oxidation of these products. The polysaccharide fraction of the seed with the highest total carbohydrate content (72.9 g GE·100 g-1 e.s) was obtained in PLE-water (80 °C and 10 MPa), compared to CHASE-water extraction. A biorefinery strategy was proposed for the first time to fractionate the bioactive compounds from the seed. The integration of the SFE+PLE+CHSE processes made it possible to increase the antioxidant performance of the phenolic fraction (421.8 mg GAE·g-1), and to obtain 19.1% of whitish red gum, composed of high xyloglucan thermal stability (> 300 °C), a polysaccharide that can be used in capsule coating and the development of gelatinous food products. In this study, it was demonstrated for the first time that underutilized tamarind by-products can integrate different biorefinery routes, generating co-products of high (bioactive fraction) and low added value (residual biomass) attractive for the food, chemical, and cosmetic industries.